(57)【要約】  検出用ロータ１の各磁極（ａ〜ｊ）の角度幅が記憶され、磁極対ごとに区間（ａ＋ｂ，ｃ＋ｄ，ｅ＋ｆ，ｇ＋ｈ，ｉ＋ｊ）が設定される。回転角演算装置は、磁気センサ２１，２２の出力信号Ｖ１，Ｖ２に基づき、前記区間内の回転角である第１、第２の回転角θＲＳ，θＲＣを演算する。回転角演算装置はさらに、前記角度幅に基づき第１の磁気センサ２１が感知している磁極を特定し、第１の回転角θＲＳを用いて第１の絶対回転角θＡＳを演算する。回転角演算装置は、前記特定された磁極と第２の回転角θＲＣに基づき第２の絶対回転角θＡＣを演算する。第１、第２の絶対角θＡＳ，θＡＣに基づき検出用ロータの回転角を演算する。
2011129190.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転体の回転に応じて回転しかつ複数の磁極が設けられた検出用ロータと、前記検出用ロータの回転に応じて、基準となる正弦波信号である第１の出力信号を出力する第１の磁気センサと、前記検出用ロータの回転に応じて、前記第１の出力信号と所定の位相差を有する正弦波信号である第２の出力信号を出力する第２の磁気センサとを含み、これらの磁気センサの出力信号に基づいて前記回転体の回転角を検出する回転角検出装置であって、
予め測定された前記各磁極の角度幅を記憶する記憶手段と、
前記複数の磁極の磁極対ごとにその角度幅に対応する区間を設定する手段と、
前記第１の出力信号に基づいて、前記第１の磁気センサが感知している磁極を特定する磁極特定手段と、
前記第１の出力信号に基づいて、前記区間内の回転角である第１の回転角を演算する第１演算手段と、
前記第２の出力信号に基づいて、前記区間内の回転角である第２の回転角を演算する第２演算手段と、
前記第１演算手段によって演算された第１の回転角と、前記記憶手段に記憶されている前記各磁極の角度幅と、前記磁極特定手段によって特定された磁極とに基づいて、前記検出用ロータの第１の絶対回転角を演算する第３演算手段と、
前記第２演算手段によって演算された第２の回転角と、前記記憶手段に記憶されている前記各磁極の角度幅と、前記磁極特定手段によって特定された磁極とに基づいて、前記検出用ロータの第２の絶対回転角を演算する第４演算手段と、
前記第３演算手段によって演算された第１の絶対回転角と、前記第４演算手段によって演算された第２の絶対回転角とに基づいて、前記回転体の回転角を演算する第５演算手段と、
を含む回転角検出装置。
【請求項２】
前記第５演算手段は、前記第１の出力信号の信号値および前記第２の出力信号の信号値に基づいて、前記第１の絶対回転角および前記第２の絶対回転角に基づく前記回転体の回転角の演算方法を切り替える手段を含む、請求項１に記載の回転角検出装置。
【請求項３】
前記第１の出力信号と前記第２の出力信号との位相差が９０°であり、
前記第１演算手段は、前記第１の出力信号と前記第２の出力信号の極性とに基づいて、前記第１の回転角を演算するものであり、
前記第２演算手段は、前記第２の出力信号と前記第１の出力信号の極性とに基づいて、前記第２の回転角を演算するものであり、
前記第５演算手段は、
前記第１の出力信号が極値付近にあるときには、前記第４演算手段によって演算された第２の絶対回転角に基づいて、前記回転体の回転角を演算する手段と、
前記第２の出力信号が極値付近にあるときには、前記第３演算手段によって演算された第１の絶対回転角に基づいて、前記回転体の回転角を演算する手段と、
前記第１の出力信号および前記第２の出力信号がともに極値付近でない場合には、前記第３演算手段によって演算された第１の絶対回転角および前記第４演算手段によって演算された第２の絶対回転角の両方に基づいて、前記回転体の回転角を演算する手段と、
を含む請求項２に記載の回転角検出装置。
【請求項４】
前記第５演算手段は、
前記第３演算手段によって演算された第１の絶対回転角に対応する第１の出力信号値に応じた値を、第３の出力信号値として演算する手段と、
前記第４演算手段によって演算された第２の絶対回転角に対応する第２の出力信号値に応じた値を、第４の出力信号値として演算する手段と、
前記第３の出力信号値と前記第４の出力信号値とに基づいて、前記回転体の回転角を演算する手段と、
を含む請求項１に記載の回転角検出装置。
【請求項５】
前記磁極特定手段は、
前記第１の出力信号の極値を検出する検出手段と、
前記検出手段によって検出される極値と、予め設定された極値データとに基づいて、前記第１の磁気センサが感知している磁極を特定する手段と、
を含む、請求項１〜４のいずれか一項に記載の回転角検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、回転体の回転角を検出する回転角検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電動パワーステアリング装置などに使用されるブラシレスモータは、ロータの回転角度に合わせてステータ巻線に電流を通電することによって制御される。そこで、ブラシレスモータの回転に応じて回転する検出用ロータを用いて、ブラシレスモータのロータの回転角を検出する回転角検出装置が知られている。具体的には、図１０に示すように、検出用ロータ１０１（以下、「ロータ１０１」という）は、ブラシレスモータのロータに設けられている磁極対に相当する複数の磁極対を有する円筒状の磁石１０２を備えている。ロータ１０１の周囲には、２つの磁気センサ１２１，１２２が、ロータ１０１の回転中心軸を中心として所定の角度間隔をおいて配置されている。各磁気センサ１２１，１２２からは、所定の位相差を有する正弦波信号が出力される。これらの２つの正弦波信号に基づいて、ロータ１０１の回転角（ブラシレスモータのロータの回転角）が検出される。【０００３】
この例では、磁石１０２は、５組の磁極対を有している。つまり、磁石１０２は、等角度間隔で配置された１０個の磁極を有している。各磁極は、ロータ１０１の回転中心軸を中心として、３６°（電気角では１８０°）の角度間隔で配置されている。また、２つの磁気センサ１２１，１２２は、ロータ１０１の回転中心軸を中心として１８°（電気角では９０°）の角度間隔をおいて配置されている。【０００４】
図１０に矢印で示す方向を検出用ロータ１０１の正方向の回転方向とする。そして、ロータ１０１が正方向に回転されるとロータ１０１の回転角が大きくなり、ロータ１０１が逆方向に回転されると、ロータ１０１の回転角が小さくなるものとする。各磁気センサ１２１，１２２からは、図１１に示すように、ロータ１０１が１磁極対分に相当する角度（７２°（電気角では３６０°））を回転する期間を一周期とする正弦波信号Ｖ１，Ｖ２が出力される。【０００５】
所定の基準位置からのロータ１０１の絶対的な回転角を、ロータ１０１の絶対回転角（機械角に応じた回転角）θＡということにする。ロータ１０１の１回転分の角度範囲を、５つの磁極対に対応して５つの区間に分け、各区間の開始位置を０°とし終了位置を３６０°として表したロータ１０１の角度を、ロータ１０１の相対回転角θＲということにする。この場合には、１０個の磁極の角度幅は等しいので、ロータ１０１の相対回転角θＲは、ブラシレスモータのロータの電気角と一致する。【０００６】
ここでは、第１の磁気センサ１２１からは、Ｖ１＝Ａ１・sinθＲの出力信号が出力され、第２の磁気センサ１２２からは、Ｖ２＝Ａ２・cosθＲの出力信号が出力されるものとする。Ａ１，Ａ２は、振幅である。両出力信号Ｖ１，Ｖ２の振幅Ａ１，Ａ２が互いに等しいとみなすと、ロータ１０１の相対回転角θＲは、両出力信号Ｖ１，Ｖ２を用いて、次式(1)に基づいて求めることができる。【０００７】
θＲ＝tan−１（sinθＲ／cosθＲ）
＝tan−１（Ｖ１／Ｖ２）      …(1)
このようにして、求められた相対回転角θＲを使って、ブラシレスモータを制御する。
なお、ロータ１０１の絶対回転角θＡが所定の基準位置からのロータ１０１の機械角と等しい場合には、ロータ１０１の絶対回転角θＡ  は、相対回転角θＲを用いて、たとえば、次式(2)に基づいて求めることができる。【０００８】
θＡ  ＝｛θＲ＋３６０×（ｊ−１）｝／５（ただし、ｊ＝１，２，…５）      …(2)
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開2006-208025号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
前述したような従来の回転角検出装置をブラシレスモータのロータの回転角を検出するために用いる場合には、ブラシレスモータの制御に用いられる電気角を高精度に検出するために、検出用ロータ１０１の磁極数とブラシレスモータの磁極数とを等しくすることが好ましい。しかしながら、検出用ロータ１０１に着磁すべき磁極数が多くなると、着磁誤差により、各磁極の角度幅にばらつきが発生する。各磁極の角度幅にばらつきが生じると、回転角検出装置によって検出される回転角に誤差が生じる。【００１１】
この発明の目的は、検出用ロータに設けられた各磁極の角度幅にばらつきがあったとしても、回転体の回転角を高精度に検出することができる回転角検出装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
この発明の回転角検出装置は、回転体（１０）の回転に応じて回転しかつ複数の磁極（Ｍ０〜Ｍ９）が設けられた検出用ロータ（１）と、前記検出用ロータの回転に応じて、基準となる正弦波信号である第１の出力信号（Ｖ１＝Ａ１・sinθ）を出力する第１の磁気センサ（２１）と、前記検出用ロータの回転に応じて、前記第１の出力信号と所定の位相差を有する正弦波信号である第２の出力信号（Ｖ２＝Ａ２・cosθ）を出力する第２の磁気センサ（２２）とを含み、これらの磁気センサの出力信号に基づいて前記回転体の回転角を検出する回転角検出装置（２０）であって、予め測定された前記各磁極の角度幅を記憶する記憶手段（２０）と、前記複数の磁極の磁極対ごとにその角度幅に対応する区間を設定する手段（２０）と、前記第１の出力信号に基づいて、前記第１の磁気センサが感知している磁極を特定する磁極特定手段（２０，Ｓ２〜Ｓ５）と、前記第１の出力信号に基づいて、前記区間内の回転角である第１の回転角（θＲＳ）を演算する第１演算手段（２０，Ｓ７）と、前記第２の出力信号に基づいて、前記区間内の回転角である第２の回転角（θＲＣ）を演算する第２演算手段（２０，Ｓ９）と、前記第１演算手段によって演算された第１の回転角と、前記記憶手段に記憶されている前記各磁極の角度幅と、前記磁極特定手段によって特定された磁極とに基づいて、前記検出用ロータの第１の絶対回転角（θＡＳ）を演算する第３演算手段（２０，Ｓ８）と、前記第２演算手段によって演算された第２の相対回転角と、前記記憶手段に記憶されている前記各磁極の角度幅と、前記磁極特定手段によって特定された磁極とに基づいて、前記検出用ロータの第２の絶対回転角（θＡＣ）を演算する第４演算手段（２０，Ｓ１０）と、前記第３演算手段によって演算された第１の絶対回転角と、前記第４演算手段によって演算された第２の絶対回転角とに基づいて、前記回転体の回転角（θＥ）を演算する第５演算手段（２０，Ｓ１１，Ｓ１２，Ｓ３１，Ｓ３２，Ｓ１２Ａ）とを含む。なお、括弧内の英数字は、後述の実施形態における対応構成要素等を表す。しかし、このことは、この発明が当該実施形態に限定して解釈されるべきことを意図するものではない。【００１３】
上記構成では、第１の出力信号に基づいて、第１の磁気センサが感知している磁極が特定される。第１の出力信号に基づいて、磁極対の区間内の回転角である第１の回転角（第１の相対回転角）が演算される。第１の回転角と各磁極の角度幅と第１の磁気センサが感知している磁極とに基づいて、検出用ロータの第１の絶対回転角が演算される。これにより、検出用ロータに設けられた複数の磁極の角度幅にばらつきがある場合でも、第１の回転角から正確な絶対回転角を演算することができる。また、第２の出力信号に基づいて、磁極対の区間内の回転角である第２の回転角（第２の相対回転角）が演算される。第２の回転角と各磁極の角度幅と第１の磁気センサが感知している磁極とに基づいて、検出用ロータの第２の絶対回転角が演算される。これにより、検出用ロータに設けられた複数の磁極の角度幅にばらつきがある場合でも、第２の回転角から正確な絶対回転角を演算することができる。そして、第１の絶対回転角と第２の絶対回転角とに基づいて、回転体の回転角が演算される。これにより、各磁極の角度幅にばらつきがあったとしても、回転体の回転角を高精度に検出することができる。【００１４】
この発明の一実施形態では、前記第５演算手段は、前記第１の出力信号の信号値および前記第２の出力信号の信号値に基づいて、前記第１の絶対回転角および前記第２の絶対回転角に基づく前記回転体の回転角の演算方法を切り替える手段を含む。この構成では、第１の出力信号の信号値および第２の出力信号の信号値に基づいて、第１の絶対回転角および第２の絶対回転角に基づく回転体の回転角の演算方法が切り替えられる。これにより、第１の出力信号の信号値および第２の出力信号の信号値に応じた適切な演算方法によって、回転体の回転角を演算することが可能となる。【００１５】
この発明の一実施形態では、前記第１の出力信号と前記第２の出力信号との位相差が９０°（相対回転角の９０°）であり、前記第１演算手段は、前記第１の出力信号と前記第２の出力信号の極性とに基づいて、前記第１の回転角を演算するものであり、前記第２演算手段は、前記第２の出力信号と前記第１の出力信号の極性とに基づいて、前記第２の回転角を演算するものであり、前記第５演算手段は、前記第１の出力信号が極値付近にあるときには、前記第４演算手段によって演算された第２の絶対回転角に基づいて、前記回転体の回転角を演算する手段（２０，Ｓ１１，Ｓ１２）と、前記第２の出力信号が極値付近にあるときには、前記第３演算手段によって演算された第１の絶対回転角に基づいて、前記回転体の回転角を演算する手段（２０，Ｓ１１，Ｓ１２）と、前記第１の出力信号および前記第２の出力信号がともに極値付近でない場合には、前記第３演算手段によって演算された第１の絶対回転角および前記第４演算手段によって演算された第２の絶対回転角の一方または両方に基づいて、前記回転体の回転角を演算する手段（２０，Ｓ１１，Ｓ１２）とを含む。【００１６】
この構成では、第１の回転角（第１の相対回転角）は、第１の出力信号と第２の出力信号の極性とに基づいて演算される。第２の出力信号の極性は、第２の出力信号のゼロクロス位置を境界として反転する。したがって、第１の出力信号のピーク位置と第２の出力信号のゼロクロス位置とがずれると、当該第１の出力信号のピーク位置付近においては、第１の回転角に誤差が生じるおそれがある。【００１７】
そこで、第１の出力信号が極値付近にあるときには、第４演算手段によって演算された第２の絶対回転角に基づいて、回転体の回転角が演算される。つまり、第１の出力信号が極値付近にあるときには、誤差が生じるおそれがある第１の回転角に基づいて演算される第１の絶対回転角を用いずに、第２の絶対回転角を用いて回転体の回転角が演算される。これにより、第１の出力信号のピーク位置と第２の出力信号のゼロクロス位置とがずれたとしても、回転体の回転角を高精度に演算することができる。【００１８】
また、第２の回転角（第２の相対回転角）は、第２の出力信号と第１の出力信号の極性とに基づいて演算される。第１の出力信号の極性は、第１の出力信号のゼロクロス位置を境界として反転する。したがって、第２の出力信号のピーク位置と第１の出力信号のゼロクロス位置とがずれると、当該第２の出力信号のピーク位置付近においては、第２の回転角に誤差が生じるおそれがある。【００１９】
そこで、第２の出力信号が極値付近にあるときには、第３演算手段によって演算された第１の絶対回転角に基づいて、回転体の回転角が演算される。つまり、第２の出力信号が極値付近にあるときには、誤差が生じるおそれがある第２の回転角に基づいて演算される第２の絶対回転角を用いずに、第１の絶対回転角を用いて回転体の回転角が演算される。これにより、第２の出力信号のピーク位置と第１の出力信号のゼロクロス位置とがずれたとしても、回転体の回転角を高精度に演算することができる。【００２０】
第１の出力信号および第２の出力信号がともに極値付近でない場合には、第３演算手段によって演算された第１の絶対回転角および第４演算手段によって演算された第２の絶対回転角の一方または両方に基づいて、回転体の回転角が演算される。第１の絶対回転角および第２の絶対回転角の両方に基づいて回転体の回転角が演算される場合には、たとえば、第１の絶対回転角と第２の絶対回転角とを平均することによって、またはそれぞれに重みを付けて加算することによって、回転体の回転角が演算される。【００２１】
この発明の一実施形態では、前記第５演算手段は、前記第１の絶対回転角に対応する第１の出力信号値に応じた値（sin（θＡＳ））を、第３の出力信号値として演算する手段（２０，Ｓ３１）と、前記第２の絶対回転角に対応する第２の出力信号値に応じた値（cos（θＡＣ））を、第４の出力信号値として演算する手段（２０，Ｓ３２）と、前記第３の出力信号値と前記第４の出力信号値とに基づいて、前記回転体の回転角を演算する手段（２０，Ｓ１２Ａ）とを含む。【００２２】
この構成では、第１の絶対回転角に対応する第１の出力信号値に応じた値が、第３の出力信号値として演算される。また第２の絶対回転角に対応する第２の出力信号値に応じた値が、第４の出力信号値として演算される。そして、第３の出力信号値と第４の出力信号値とに基づいて、回転体の回転角を演算される。
この発明の一実施形態では、前記磁極特定手段は、前記第１の出力信号の極値を検出する検出手段（２０，Ｓ２）と、前記検出手段によって検出される極値と、予め設定された極値データとに基づいて、前記第１の磁気センサが感知している磁極を特定する手段（２０，Ｓ３〜Ｓ５）とを含む。【００２３】
この構成では、第１の出力信号の極値が検出手段によって検出される。検出手段によって検出される極値と、予め設定された極値データとに基づいて、第１の磁気センサが感知している磁極が特定される。
本発明における上述の、またはさらに他の目的、特徴および効果は、添付図面を参照して次に述べる実施形態の説明により明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】図１は、この発明の第１の実施形態に係る回転角検出装置を、ブラシレスモータのロータの回転角を検出するための回転角検出装置に適用した場合の構成を示す模式図である。
【図２】図２は、検出用ロータの構成を示す模式図である。
【図３】図３は、第１の磁気センサの出力信号波形および第２の磁気センサの出力信号波形を示す模式図である。
【図４】図４Ａは、第１の相対回転角の演算方法を説明するための説明図であり、図４Ｂは、第２の相対回転角の演算方法を説明するための説明図である。
【図５】図５Ａは、第１の磁気センサに対応する振幅補正用テーブルの内容を示す模式図であり、図５Ｂは、第２の磁気センサに対応する振幅補正用テーブルの内容を示す模式図である。
【図６】図６は、回転角演算装置による回転角演算処理の手順を示すフローチャートである。
【図７】図７は、制御終了処理の一例を示すフローチャートである。
【図８】図８は、第１の絶対回転角と第２の絶対回転角とから最終的な絶対回転角を演算する方法を説明するための説明図である。
【図９】図９は、回転角演算装置による回転角演算処理の他の例を示すフローチャートである。
【図１０】図１０は、従来の回転角検出装置による回転角検出方法を説明するための模式図である。
【図１１】図１１は、第１の磁気センサの出力信号波形および第２の磁気センサの出力信号波形を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下では、この発明を、ブラシレスモータのロータの回転角を検出するための回転角検出装置に適用した場合の実施形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、この発明の第1の実施形態に係る回転角検出装置を、ブラシレスモータのロータの回転角を検出するための回転角検出装置に適用した場合の構成を示す模式図である。
この回転角検出装置は、ブラシレスモータ１０の回転に応じて回転する検出用ロータ（以下、単に「ロータ１」という）を有している。図２に示すように、ロータ１は、ブラシレスモータ１０のロータに設けられている磁極対に相当する複数の磁極対を有する円筒状の磁石２を含んでいる。つまり、ロータ１には、周方向に並んだ複数の磁極が設けられている。この例では、磁石２は、５組の磁極対（Ｍ０，Ｍ１），（Ｍ２，Ｍ３），（Ｍ４，Ｍ５），（Ｍ６，Ｍ７），（Ｍ８，Ｍ９）を有している。つまり、磁石２は、１０個の磁極Ｍ０〜Ｍ９を有している。
【００２６】
ブラシレスモータ１０のロータに設けられた各磁極の周方向の長さは、全て同じである。つまり、ブラシレスモータ１０のロータに設けられた各磁極の角度幅は全て同じであり、３６°である。したがって、このブラシレスモータ１０では、１磁極対の角度幅は、機械角で７２°であり、これが電気角の３６０°に相当する。これに対し、図２に示すように、ロータ１に設けられている各磁極Ｍ０〜Ｍ９の角度幅ａ〜ｊには、着磁誤差によって、ばらつきがある。言い換えれば、各磁極Ｍ０〜Ｍ９の着磁面積にはばらつきがある。この例では、Ｎ極の磁極Ｍ０，Ｍ２，Ｍ４，Ｍ６，Ｍ８の角度幅（ａ，ｃ，ｅ，ｇ，ｉ）は、それぞれ異なっている。Ｓ極の磁極Ｍ１，Ｍ３，Ｍ５，Ｍ７，Ｍ９のうち、磁極Ｍ９以外の４つの磁極Ｍ１，Ｍ３，Ｍ５，Ｍ７は、それぞれ異なっている。磁極Ｍ９の角度幅（ｊ）は、磁極Ｍ５の角度幅（ｆ）と等しい。
【００２７】
この実施形態においては、各磁極Ｍ０〜Ｍ９の角度幅は、表１に示すようになっている。ただし、表１では、角度幅は、その角度幅に対応する機械角に磁極対数（この実施形態では”５”）を乗算した値で表されている。なお、図２において、破線は、ロータ１を周方向に３６°（前記電気角では１８０°）間隔で分割した場合の各領域を示している。
【００２８】
【表１】
2011129190.tif 000003
【００２９】
ロータ１の周囲には、２つの磁気センサ２１，２２が、ロータ１の回転中心軸を中心として、所定角度（１８°（前記電気角では９０°））の角度間隔をおいて配置されている。これら２つの磁気センサ２１，２２を、それぞれ第１の磁気センサ２１および第２の磁気センサ２２という場合がある。磁気センサとしては、たとえば、ホール素子、磁気抵抗素子（ＭＲ素子）等、磁界の作用により電気的特性が変化する特性を有する素子を備えたものを用いることができる。
【００３０】
図２に矢印で示す方向をロータ１の正方向の回転方向とする。そして、ロータ１が正方向に回転されるとロータ１の回転角が大きくなり、ロータ１が逆方向に回転されると、ロータ１の回転角が小さくなるものとする。各磁気センサ２１，２２からは、図３に示すように、ロータ１の回転にともなって、正弦波状の信号（以下、「正弦波信号」という）Ｖ１，Ｖ２が出力される。なお、図３における横軸のロータ角度［deg]は、機械角に磁極対数（この実施形態では”５”）を乗算することにより得られた角度（後述する絶対回転角θＡ）を表している。また、図３には、正弦波信号Ｖ１の各ピーク値（極値；極大値または極小値）付近に、その時点において第１の磁気センサ２１が感知している磁極の領域ａ〜ｊが明記されている。
【００３１】
ロータ１が１つの磁極に相当する角度を回転すると、各磁気センサ２１，２２からは、半周期分の正弦波信号が出力される。ただし、この実施形態では、各磁極の角度幅は一定幅ではないため、１つの磁気センサから出力される正弦波信号における各磁極に対応する半周期は一定ではない。また、磁極Ｍ５および磁極Ｍ９を除いて、各磁気センサ２１，２２の出力信号Ｖ１，Ｖ２の磁極毎のピーク値は、磁極ごとに異なる。
【００３２】
所定の基準位置からのロータ１の絶対的な回転角を、ロータ１の絶対回転角θＡということにする。ただし、この実施形態では、ロータ１の絶対回転角θＡは、所定の基準位置からのロータ１の機械角に磁極対数（この実施形態では”５”）を乗算した値である。したがって、絶対回転角θＡを磁極対数（この実施形態では”５”）で除算した値が、所定の基準位置からのロータ１の機械角となる。
【００３３】
ロータ１の１回転分の角度範囲を、５つの磁極対の角度幅に対応して、５つの区間（ａ＋ｂ，ｃ＋ｄ，ｅ＋ｆ，ｇ＋ｈ，ｉ＋ｊ）に分け、各区間の開始位置を０°とし終了位置を３６０°として、絶対回転角θＡに対応する角度を０〜３６０°の範囲内で表した角度を、ロータ１の相対回転角θＲということにする。なお、この実施形態では、これらの５つの区間の角度幅は、一定幅ではない。
【００３４】
ここでは、第１の磁気センサ２１からは、５つの磁極対に対応する区間毎に、基準となる正弦波信号Ｖ１（＝Ａ１・sinθＲ）が出力されるものとする。また、第２の磁気センサ２２からは、５つの磁極対に対応する区間毎に、信号Ｖ１に対して相対回転角で９０°の位相差を有する正弦波信号Ｖ２（＝Ａ２・sin（θＲ＋９０°）＝Ａ２・cosθＲ）が出力されるものとする。Ａ１，Ａ２は、それぞれ振幅を表している。ただし、振幅Ａ１は、第１の磁気センサ２１が感知している磁極の角度幅に応じて変化する。同様に、振幅Ａ２も第２の磁気センサ２２が感知している磁極の角度幅に応じて変化する。また、θＲは、対応する区間における相対回転角θＲを表している。第１の磁気センサ２１の出力信号Ｖ１を第１の出力信号Ｖ１といい、第２の磁気センサ２２の出力信号Ｖ２を第２の出力信号Ｖ２という場合がある。
【００３５】
後述するように、磁極毎の振幅Ａ１，Ａ２がそれぞれＡとなるように、出力信号Ｖ１，Ｖ２は正規化（振幅補正）される。正規化後（振幅補正後）の第１の出力信号をＶ１’＝Ａ・sinθＲで表し、正規化後（振幅補正後）の第２の出力信号をＶ２’＝Ａ・cosθＲで表すことにする。振幅補正後の第１の出力信号Ｖ１’からsin−１（Ｖ１’／Ａ）を求めることにより、対応する区間における相対回転角θＲ（以下、「第１の相対回転角θＲＳ」という）を求めることができる。第１の相対回転角θＲＳは、次式(3)に基づいて求めることができる。
【００３６】
θＲＳ＝sin−１（Ｖ１’／Ａ）＋α    …(3)
ただし、sin−１（Ｖ１’／Ａ）は、０°〜９０°および２７０°〜３６０°の範囲内の角度として求められる。また、αは、第２の磁気センサ２２の出力信号Ｖ２の極性（正負）に応じて決定される変数である。
図４Ａに示すように、振幅補正後の第１の出力信号Ｖ１’の値がたとえばＡ・sin４５゜のように正である場合には、sin−１（Ｖ１’／Ａ）に対応する回転角は、相対回転角θＲが０°〜９０°の領域Ｐ１内の対応する回転角（たとえば４５°）と、相対回転角θＲが９０°〜１８０°の領域Ｐ２内の対応する回転角（たとえば１３５°）との２つの回転角となる。つまり、振幅補正後の第１の出力信号Ｖ１’の値が正である場合には、sin−１（Ｖ１’／Ａ）に対応する回転角を求めるだけでは、実際の相対回転角θＲが領域Ｐ１内にあるのか、領域Ｐ２内にあるのか不明である。そこで、この実施形態では、実際の相対回転角θＲが領域Ｐ１内にあるのか、領域Ｐ２内にあるのかを、振幅補正後の第２の出力信号Ｖ２’の極性に基づいて判定する。つまり、振幅補正後の第２の出力信号Ｖ２’の極性が正であれば、実際の相対回転角θＲが領域Ｐ１内にあると判定し、振幅補正後の第２の出力信号Ｖ２’の極性が負であれば、実際の相対回転角θＲが領域Ｐ２内にあると判定する。
【００３７】
前記式(3)を参照して、回転角演算装置２０は、振幅補正後の第１の出力信号Ｖ１’の値が正である場合には、sin−１（Ｖ１’／Ａ）に対応する回転角を、領域Ｐ１内の回転角であるものとして求める。そして、回転角演算装置２０は、振幅補正後の第２の出力信号Ｖ２’の極性が正の場合にはαをα＝０に設定し、振幅補正後の第２の出力信号Ｖ２’の極性が負の場合にはαをα＝１８０°−２・sin−１（Ｖ１’／Ａ）に設定する。
【００３８】
一方、振幅補正後の第１の出力信号Ｖ１’の値がたとえばＡ・sin３１５゜のように負である場合には、sin−１（Ｖ１’／Ａ）に対応する回転角は、相対回転角θＲが１８０°〜２７０°の領域Ｑ１内の対応する回転角（たとえば２２５°）と、相対回転角θＲが２７０°〜３６０°の領域Ｑ２内の対応する回転角（たとえば３１５°）との２つの回転角となる。つまり、振幅補正後の第１の出力信号Ｖ１’の値が負である場合には、sin−１（Ｖ１’／Ａ）に対応する回転角を求めるだけでは、実際の相対回転角θＲが領域Ｑ１内にあるのか、領域Ｑ２にあるのか不明である。そこで、この実施形態では、実際の相対回転角θＲが領域Ｑ１内にあるのか、領域Ｑ２内にあるのかを、振幅補正後の第２の出力信号Ｖ２’の極性に基づいて判定する。つまり、振幅補正後の第２の出力信号Ｖ２’の極性が正であれば、実際の相対回転角θＲが領域Ｑ２内にあると判定し、振幅補正後の第２の出力信号Ｖ２’の極性が負であれば、実際の相対回転角θＲが領域Ｑ１内にあると判定する。
【００３９】
前記式(3)を参照して、回転角演算装置２０は、振幅補正後の第１の出力信号Ｖ１’の値が負である場合には、sin−１（Ｖ１’／Ａ）に対応する回転角を、領域Ｑ２内の回転角であるものとして求める。そして、回転角演算装置２０は、振幅補正後の第２の出力信号Ｖ２’の極性が正の場合にはαをα＝０に設定し、振幅補正後の第２の出力信号Ｖ２’の極性が負の場合にはαをα＝５４０°−２・sin−１（Ｖ１’／Ａ）に設定する。
【００４０】
振幅補正後の第２の出力信号Ｖ２’からcos−１（Ｖ２’／Ａ）を求めることにより、対応する区間における相対回転角θＲ（以下、「第２の相対回転角θＲＣ」という）を求めることができる。第２の相対回転角θＲＣは、次式(4)に基づいて求めることができる。
θＲＣ＝cos−１（Ｖ２’／Ａ）＋β    …(4)
ただし、cos−１（Ｖ２’／Ａ）は、０°〜１８０°の範囲内の角度として求められる。また、βは、振幅補正後の第１の出力信号Ｖ１’の極性（正負）に応じて決定される変数である。
【００４１】
図４Ｂに示すように、振幅補正後の第２の出力信号Ｖ２’の値がたとえばＡ・cos４５゜のように正であっても、あるいはたとえばＡcos１３５゜のように負であっても、cos−１（Ｖ２’／Ａ）に対応する回転角は、相対回転角θＲが０°〜１８０°の領域Ｐ内の対応する回転角（たとえば４５°または１３５°）と、相対回転角θＲが１８０°〜３６０°の領域Ｑ内の対応する回転角（たとえば３１５°または２２５°）との２つの回転角となる。つまり、cos−１（Ｖ１’／Ａ）に対応する回転角を求めるだけでは、実際の相対回転角θＲが領域Ｐ内にあるのか、領域Ｑ内にあるのか不明である。そこで、この実施形態では、実際の相対回転角θＲが領域Ｐ内にあるのか、領域Ｑ内にあるのかを、振幅補正後の第１の出力信号Ｖ１’の極性に基づいて判定する。つまり、振幅補正後の第１の出力信号Ｖ１’の極性が正であれば、実際の相対回転角θＲが領域Ｐ内にあると判定し、振幅補正後の第１の出力信号Ｖ１’の極性が負であれば、実際の相対回転角θＲが領域Ｑ内にあると判定する。
【００４２】
前記式(4)を参照して、回転角演算装置２０は、cos−１（Ｖ２’／Ａ）に対応する回転角を、領域Ｐ内の回転角であるものとして求める。そして、回転角演算装置２０は、振幅補正後の第１の出力信号Ｖ１’の極性が正の場合にはβをβ＝０に設定し、振幅補正後の第１の出力信号Ｖ１’の極性が負の場合にはβをβ＝３６０°−２・cos−１（Ｖ２’／Ａ）に設定する。
【００４３】
図１に戻り、各磁気センサ２１，２２の出力信号Ｖ１，Ｖ２は、回転角演算装置２０に入力される。回転角演算装置２０は、第１の出力信号Ｖ１に基づいて、ロータ１の第１の相対回転角θＲＳを演算し、得られた第１の相対回転角θＲＳ等に基づいて、ロータ１の第１の絶対回転角（この例では、機械角×磁極対数に相当する）θＡＳを演算する。また、回転角演算装置２０は、第２の出力信号Ｖ２に基づいて、ロータ１の第２の相対回転角θＲＣを演算し、得られた第２の相対回転角θＲＣ等に基づいて、ロータ１の第２の絶対回転角（この例では、機械角×磁極対数に相当する）θＡＣを演算する。そして、回転角演算装置２０は、得られた第１の絶対回転角θＡＳと第２の絶対回転角θＡＣとに基づいて、ロータ１の最終的な絶対回転角θＡを演算し、得られた絶対回転角θＡに基づいて、ブラシレスモータのロータの電気角θＥを演算する。回転角演算装置２０は、たとえば、マイクロコンピュータから構成され、ＣＰＵ（中央演算処理装置）およびメモリ（ＲＯＭ，ＲＡＭ，書き換え可能な不揮発性メモリ等）を含んでいる。
【００４４】
回転角演算装置２０によって演算された電気角θＥは、モータコントローラ３０に与えられる。モータコントローラ３０は、回転角演算装置２０から与えられた電気角θＥと、所与の指令値とに基づいて、ブラシレスモータ１０を制御する。
以下、回転角演算装置２０の動作について説明する。回転角演算装置２０内の書き換え可能な不揮発性メモリには、磁気センサ２１，２２毎に、振幅補正用テーブルが記憶されている。
【００４５】
図５Ａは、第１の磁気センサ２１に対応する振幅補正用テーブル（以下、「第１テーブル」という場合がある）の内容例を示している。第１テーブルには、各磁極Ｍ０〜Ｍ９の磁極番号０〜９毎に、その磁極に対応する第１の出力信号Ｖ１のピーク値（極大値または極小値）、その磁極の角度幅［deg］および補正ゲインＧ１が記憶されている。ただし、角度幅は、表１で説明したように、その角度幅に対応する機械角に磁極対数（この実施形態では”５”）を乗算した値である。補正ゲインＧ１は、第１の出力信号Ｖ１の振幅の磁極毎のばらつきを補正するためのゲインである。
【００４６】
任意の磁極に対する振幅補正ゲインＧ１は、当該磁極に対応する第１の出力信号Ｖ１のピーク値（極大値または極小値）と基準振幅とを用い、次式(5)に基づいて求められる。基準振幅は、たとえば、角度幅（機械角×磁極対数）が１８０°の磁極に対応する第１の出力信号Ｖ１のピーク値（絶対値）に相当する値である。基準振幅は、予め設定され、この例では“５００”である。
【００４７】
Ｇ１＝基準振幅／｜ピーク値｜    …(5)
図５Ｂは、第２の磁気センサ２２に対応する振幅補正用テーブル（以下、「第２テーブル」という場合がある）の内容例を示している。第２テーブルには、各磁極Ｍ０〜Ｍ９の磁極番号０〜９毎に、その磁極に対応する第２の出力信号Ｖ２のピーク値（極大値または極小値）、その磁極の角度幅［deg］および補正ゲインＧ２が記憶されている。補正ゲインＧ２は、第２の出力信号Ｖ２の振幅の磁極毎のばらつきを補正するためのゲインである。図５Ｂでは、説明の便宜上、各磁極に対する第２の出力信号Ｖ２のピーク値は、対応する磁極に対する第１の出力信号Ｖ１のピーク値と同じ値となっているが、実際には互いに異なる場合もある。
【００４８】
任意の磁極に対する補正ゲインＧ２は、当該磁極に対応する第２の出力信号Ｖ２のピーク値（極大値または極小値）と基準振幅とを用い、次式(6)に基いて求められる。基準振幅は、たとえば、角度幅が１８０°の磁極に対応する第２の出力信号Ｖ２のピーク値（絶対値）に相当する値である。基準振幅は、予め設定され、この例では“５００”である。
Ｇ２＝基準振幅／｜ピーク値｜    …(6)
前記振幅補正用テーブルへのピーク値および補正ゲインの記憶は、ブラシレスモータ１０の出荷前に行ってもよいし、ブラシレスモータ１０の出荷後において、モータ制御中にピーク値を検出することにより、行ってもよい。前記振幅補正用テーブルに記憶されるピーク値および補正ゲインは、１周期分のデータから求めてもよいし、複数周期分のデータの平均値から求めてもよい。
【００４９】
また、回転角演算装置２０内の書き換え可能な不揮発性メモリには、磁極毎（磁極番号毎）に、第１の磁気センサ２１によってその磁極に対するピーク値が検出されているときに、第２の磁気センサ２２が感知している磁極の極番号を示すデータを記憶した磁極特定用テーブル（以下、「第３テーブル」という場合がある）と、磁極毎（磁極番号毎）に、第２の磁気センサ２２によってその磁極に対するピーク値が検出されているときに、第１の磁気センサ２１が感知している磁極の極番号を示すデータを記憶した磁極特定用テーブル（以下、「第４テーブルという」という場合がある）とが記憶されている。第３テーブルおよび第４テーブルは、両磁気センサ２１，２２の配置および角度間隔ならびにロータ１の構成に基づいて作成される。
【００５０】
回転角演算装置２０は、第１または第２の磁気センサ２１，２２の出力信号Ｖ１，Ｖ２からピーク値を検出すると、ピーク値が検出された一方の磁気センサに対応する振幅補正用テーブル（第１テーブルまたは第２テーブル）に基づいて、当該磁気センサが感知している磁極の極番号を特定する。この際、センサ信号のピーク値は磁石の温度特性（磁石の温度が高くなるほどピーク値が小さくなる）に応じて変化するので、磁石の温度係数（温度が高くなるほど小さくなる係数）を振幅補正用テーブルのピーク値に乗算することによってテーブル値を補正し、検出されたピーク値と補正後のテーブル値とに基づいて、磁極の極番号を特定するようにしてもよい。
【００５１】
なお、この実施形態では、磁極Ｍ５に対応するピーク値と磁極Ｍ９に対応するピーク値は同じであるので、磁極Ｍ５または磁極Ｍ９に対応するピーク値が、いずれか一方の磁気センサによって検出されたとしても、回転角演算装置２０は、当該磁気センサが感知している磁極の極番号を特定することはできない。そこで、回転角演算装置２０は、回転角演算処理開始後、磁極Ｍ５，Ｍ９以外の磁極に対応するピーク値が一方の磁気センサによって検出されたときに、当該磁気センサが感知している磁極の極番号を特定する。
【００５２】
回転角演算装置２０は、特定された極番号と、第３または第４テーブル（磁極特定用テーブル）とに基づいて、他方の磁気センサが感知している磁極の極番号を特定する。たとえば、第１テーブルに基づいて、第１の磁気センサ２１が感知している磁極の極番号が特定された場合には、特定された極番号と第３テーブルとに基いて、第２の磁気センサ２２が感知している磁極の極番号が特定される。一方、第２テーブルに基いて、第２の磁気センサ２２が感知している磁極の極番号が特定された場合には、特定された極番号と第４テーブルとに基いて、第１の磁気センサ２１が感知している磁極の極番号が特定される。
【００５３】
これにより、各磁気センサ２１，２２が感知している磁極の極番号が特定されるので、回転角演算装置２０は、各磁気センサ２１，２２の出力信号Ｖ１，Ｖ２を、それらが感知している磁極に対応する補正ゲインＧ１，Ｇ２を用いて振幅補正する。
そして、回転角演算装置２０は、振幅補正後の第１の出力信号Ｖ１’の値および振幅補正後の第２の出力信号Ｖ２’の極性に基づいて、ロータ１の第１の相対回転角θＲＳを演算する（図４Ａ参照）。そして、得られた第１の相対回転角θＲＳ、第１の磁気センサ２１が感知していると特定された磁極の極番号および振幅補正用テーブルの内容に基づいて第１の絶対回転角θＡＳを演算する。また、回転角演算装置２０は、振幅補正後の第２の出力信号Ｖ２’の値および振幅補正後の第１の出力信号Ｖ１’の極性に基づいて、ロータ１の第２の相対回転角θＲＣを演算する（図４Ｂ参照）。そして、得られた第２の相対回転角θＲＣ、第１磁気センサ２１が感知していると特定された磁極の極番号および振幅補正用テーブルの内容に基づいて第２の絶対回転角θＡＣを演算する。
【００５４】
また、回転角演算装置２０は、得られた第１の絶対回転角θＡＳと第２の絶対回転角θＡＣとに基づいて、最終的な絶対回転角θＡを演算する。そして、回転角演算装置２０は、得られた最終的な絶対回転角θＡから、ブラシレスモータ１０の電気角θＥを演算する。
それ以後は、回転角演算装置２０は、第１または第２の磁気センサ２１，２２の出力信号Ｖ１，Ｖ２からピーク値が検出される毎に、ピーク値が検出された一方の磁気センサに対して既に特定されている極番号を更新し、当該磁気センサの出力信号を、更新後の極番号に対応する補正ゲインを用いて補正する。そして、回転角演算装置２０は、上記と同様にして、ブラシレスモータ１０の電気角θＥを演算する。
【００５５】
図６は、回転角演算装置２０による回転角演算処理の手順を示すフローチャートである。
モータコントローラ３０が起動されると、回転角演算装置２０は、各磁気センサ２１，２２の出力信号（センサ値）Ｖ１，Ｖ２を読み込む（ステップＳ１）。なお、回転角演算装置２０のメモリ（たとえば、ＲＡＭ）には、所定回数前に読み込まれたセンサ値から最新に読み込まれたセンサ値までの、複数回数分のセンサ値が記憶されるようになっている。回転角演算装置２０は、メモリに記憶されているセンサ値に基づいて、各センサ値Ｖ１，Ｖ２毎にピーク値を検出したか否かを判定する（ステップＳ２）。以下において、ステップＳ２の判定処理を、ピーク値検出処理という場合がある。具体的には、回転角演算装置２０は、センサ値が上昇傾向から下降傾向に変化したときには、ピーク値（極大値）を検出したと判別するとともに、当該極大値を特定する。また、回転角演算装置２０は、センサ値が下降傾向から上昇傾向に変化したときには、ピーク値（極小値）を検出したと判別するとともに、当該極小値を特定する。
【００５６】
前記ステップＳ２において、ピーク値が検出されなかったときには（ステップＳ２：ＮＯ）、ステップＳ６に移行する。一方、前記ステップＳ２において、ピーク値が検出されたときには（ステップＳ２：ＹＥＳ）、回転角演算装置２０は、コントローラ起動後において後述するステップＳ４の極番号特定処理によって各磁気センサ２１，２２が感知している磁極が特定されたか否かを判別する（ステップＳ３）。
【００５７】
コントローラ起動後において極番号特定処理が行なわれていない場合またはコントローラ起動後に極番号特定処理が行なわれたが各磁気センサ２１，２２が感知している磁極を特定することができなかった場合には（ステップＳ３：ＮＯ）、回転角演算装置２０は、極番号特定処理を行なう（ステップＳ４）。つまり、回転角演算装置２０は、各磁気センサ２１，２２がそれぞれ感知している磁極を特定するための処理を行なう。
【００５８】
具体的には、回転角演算装置２０は、まず、前記ステップＳ２のピーク値検出処理によって検出されたピーク値（極大値または極小値）と、当該ピーク値を出力した磁気センサに対応する振幅補正用テーブル（第１または第２テーブル）の内容とに基づいて、当該磁気センサが感知している磁極を特定する。つまり、回転角演算装置２０は、振幅補正用テーブルに記憶されている複数のピーク値のうち、ピーク値検出処理によって検出されたピーク値に最も近いピーク値に対応する極番号を、当該磁気センサが感知している磁極の極番号として特定する。
【００５９】
ただし、ピーク値検出処理によって検出されたピーク値に最も近いピーク値に対応する極番号が磁極Ｍ５または磁極Ｍ９に対応する極番号である場合には、回転角演算装置２０は、当該磁気センサが感知している磁極を特定しない。
前記磁気センサが感知している磁極の極番号を特定できた場合には、回転角演算装置２０は、当該磁気センサが感知している磁極の極番号と、第３テーブルまたは第４テーブル（磁極特定用テーブル）とに基づいて、他方の磁気センサが感知している磁極を特定する。これにより、各磁気センサ２１，２２がそれぞれ感知している磁極が特定される。ステップＳ４の処理が終了すると、ステップＳ６に移行する。
【００６０】
前記ステップＳ３において、コントローラ起動後に行なわれたステップＳ４の極番号特定処理によって、各センサ２１，２２が感知している磁極の極番号が特定されたと判別された場合には（ステップＳ３：ＹＥＳ）、回転角演算装置２０は、極番号更新処理を行なう（ステップＳ５）。具体的には、回転角演算装置２０は、前記ステップＳ２のピーク値検出処理によってピーク値が検出された方の磁気センサに対して既に特定されている極番号を、ロータ１の回転方向に基づいて更新する。より具体的には、回転角演算装置２０は、当該磁気センサに対して既に特定されている極番号を、ロータ１の回転方向に応じて、１だけ多い極番号または１だけ少ない極番号に変更する。
【００６１】
ロータ１の回転方向が正方向（図２に矢印で示す方向）である場合には、既に特定されている前記極番号を、１だけ多い極番号に更新し、ロータ１の回転方向が逆方向である場合には、既に特定されている前記極番号を、１だけ少ない極番号に更新する。ただし、”０”の極番号に対して、１だけ少ない極番号は、”９”となる。また、”９”の極番号に対して、１だけ多い極番号は、”０”となる。ステップＳ５の処理が終了すると、ステップＳ６に移行する。なお、ロータ１の回転方向は、たとえば、各磁気センサ２１，２２の出力信号Ｖ１，Ｖ２の位相に基づいて判別することができる。具体的には、第２の出力信号Ｖ２の位相が第１の出力信号Ｖ１より進んでいる場合（同じ磁極に対するピーク値が、Ｖ２で検出されてからＶ１で検出される場合）には、ロータ１の回転方向が正方向であると判別する。一方、第１の出力信号Ｖ１の位相が第２の出力信号Ｖ２より進んでいる場合（同じ磁極に対するピーク値が、Ｖ１で検出されてからＶ２で検出される場合）には、ロータ１の回転方向が逆方向であると判別する。
【００６２】
ステップＳ６では、回転角演算装置２０は、前記ステップＳ１で読み込んだセンサ値Ｖ１，Ｖ２に対して振幅補正を行う。具体的には、回転角演算装置２０は、各磁気センサ２１，２２に対して現在特定されている極番号に対応する振幅補正ゲインＧ１，Ｇ２を、第１テーブルおよび第２テーブルからそれぞれ読み込む。そして、回転角演算装置２０は、前記ステップＳ１で読み込んだセンサ値Ｖ１，Ｖ２を、第１テーブルおよび第２テーブルから読み込んだゲインＧ１，Ｇ２を用いて、それぞれ補正する。補正後のセンサ値をＶ１’，Ｖ２’とすると、Ｖ１’，Ｖ２’は、それぞれ次式(7)，(8)で表される。
【００６３】
Ｖ１’＝Ｖ１×Ｇ１    …(7)
Ｖ２’＝Ｖ１×Ｇ２    …(8)
ただし、コントローラが起動されてからピーク値が検出されるまでにおいては、各磁気センサ２１，２２が感知している磁極は特定されないので、ステップＳ６では、センサ値Ｖ１，Ｖ２の補正は行われずに、ステップＳ７に移行する。また、ステップＳ４からステップ６に移行してきた場合であって、そのステップＳ４の極番号特定処理において、両磁気センサ２１，２２が感知している磁極の極番号が特定されなかった場合にも、ステップＳ６では、センサ値Ｖ１，Ｖ２の補正は行われずに、ステップＳ７に移行する。
【００６４】
前記ステップＳ６の振幅補正が行われると、回転角演算装置２０は、振幅補正後の第１の出力信号Ｖ１’と振幅補正後の第２の出力信号Ｖ２’の極性とを用い、前記式(3)に基づいて、ロータ１の第１の相対回転角θＲＳを演算する（ステップＳ７）。
次に、回転角演算装置２０は、ステップＳ７で演算されたロータ１の第１の相対回転角θＲＳと、第１の磁気センサ２１が感知している磁極の極番号と、振幅補正テーブルの内容とに基づいて、ロータ１の第１の絶対回転角θＡＳを演算する（ステップＳ８）。磁極Ｍ０〜磁極Ｍ９の極番号０〜９を、ｎで表すことにする。磁極Ｍ０〜磁極Ｍ９の角度幅を、Ｗｎ（ｎ＝０，１，…，９）で表すことにする。ただし、角度幅は、表１で説明したように、その角度幅に対応する機械角に磁極対数（この実施形態では”５”）を乗算した値である。第１の磁気センサ２１が感知している磁極の極番号をｍで表すことにする。回転角演算装置２０は、次式(9),(10)または(11)に基づいて、第１の絶対回転角θＡＳを演算する。
【００６５】
【数１】
2011129190.tif 000004
【００６６】
ｍが０，２，４，６または８の場合、つまり、振幅補正後の第１の出力信号Ｖ１’が正である場合には、第１の相対回転角θＲＳは０°〜１８０°の範囲内の角度となる。一方、ｍが１，３，５，７または９の場合、つまり、振幅補正後の第１の出力信号Ｖ１’が負である場合には、第１の相対回転角θＲＳは１８０°〜３６０°の範囲内の角度となる。
前記式(9)，(10)の右辺中の項｛θＲＳ×（Ｗｍ／１８０）｝は、第１の相対回転角θＲＳ（０°〜１８０°）を、第１の磁気センサ２１が感知している磁極の角度幅Ｗｍ（ｍ＝０，２，４，６，８）に応じた相対回転角（０°〜Ｗｍ）に変換（位相補正）するための項である。前記式(11)の右辺中の項｛（θＲＳ−１８０）×（Ｗｍ／１８０）｝は、第１の相対回転角θＲＳ（１８０°〜３６０°）を、第１の磁気センサ２１が感知している磁極の角度幅Ｗｍ（ｍ＝１，３，５，７，９）に応じた相対回転角（０°〜Ｗｍ）に変換（位相補正）するため項である。
【００６７】
たとえば、第１の磁気センサ２１が感知している磁極の極番号ｍが０である場合、すなわち、第１の磁気センサ２１が感知している磁極がＭ０である場合には、第１の絶対回転角θＡＳは、前記式(9)から、θＡＳ＝｛θＲＳ×（Ｗ０／１８０）｝となる。Ｗ０＝１７０であるので（図５Ａ参照）、第１の絶対回転角θＡＳは、θＡＳ＝｛θＲＳ×（１７０／１８０）｝となる。
【００６８】
また、第１の磁気センサ２１が感知している磁極の極番号ｍが１である場合、すなわち、第１の磁気センサ２１が感知している磁極がＭ１である場合には、第１の絶対回転角θＡＳは、前記式(11)から、θＡＳ＝［｛（θＲＳ−１８０）×（Ｗ１／１８０）｝＋Ｗ０］となる。Ｗ０＝１７０，Ｗ１＝１６５であるので（図５Ａ参照）、第１の絶対回転角θＡＳは、θＡＳ＝［｛（θＲＳ−１８０）×（１６５／１８０）｝＋１７０］となる。
【００６９】
また、第１の磁気センサ２１が感知している磁極の極番号ｍが２である場合、すなわち、第１の磁気センサ２１が感知している磁極がＭ２である場合には、第１の絶対回転角θＡＳは、前記式(10)から、θＡＳ＝［｛θＲＳ×（Ｗ２／１８０）｝＋（Ｗ０＋Ｗ１）］となる。Ｗ０＝１７０，Ｗ１＝１６５，Ｗ２＝１６０であるので（図５Ａ参照）、第１の絶対回転角θＡＳは、［｛θＲＳ×（１６０／１８０）｝＋２３５］となる。
【００７０】
前記ステップＳ８の処理が行われると、回転角演算装置２０は、振幅補正後の第２の出力信号Ｖ２’と振幅補正後の第１の出力信号Ｖ１’の極性とを用い、前記式(4)に基づいて、ロータ１の第２の相対回転角θＲＣを演算する（ステップＳ９）。
次に、回転角演算装置２０は、ステップＳ９で算出されたロータ１の第２の相対回転角θＲＣと、第１の磁気センサ２１が感知している磁極の極番号と、振幅補正テーブルの内容とに基づいて、ロータ１の第２の絶対回転角θＡＣを演算する（ステップＳ１０）。磁極Ｍ０〜磁極Ｍ９の極番号０〜９を、ｎで表すことにする。磁極Ｍ０〜磁極Ｍ９の角度幅を、Ｗｎ（ｎ＝０，１，…，９）で表すことにする。第１の磁気センサ２１が感知している磁極の極番号をｍで表すことにする。回転角演算装置２０は、次式(12),(13)または(14)に基づいて、第２の絶対回転角θＡＣを演算する。
【００７１】
【数２】
2011129190.tif 000005
【００７２】
前記式(12),(13)の右辺中の項｛θＲＣ×（Ｗｍ／１８０）｝は、第２の相対回転角θＲＣ（０°〜１８０°）を、第１の磁気センサ２１が感知している磁極の角度幅Ｗｍ（ｍ＝０，２，４，６，８）に応じた相対回転角（０°〜Ｗｍ）に変換（位相補正）するため項である。前記式(14)の右辺中の項｛（θＲＣ−１８０）×（Ｗｍ／１８０）｝は、第２の相対回転角θＲＣ（１８０°〜３６０°）を、第１の磁気センサ２１が感知している磁極の角度幅Ｗｍ（ｍ＝１，３，５，７，９）に応じた相対回転角（０°〜Ｗｍ）に変換（位相補正）するため項である。
【００７３】
以上のようにして、第１の絶対回転角θＡＳと第２の絶対回転角θＡＣとが演算されると、回転角演算装置２０は、これらの絶対回転角θＡＳ，θＡＣに基づいて、最終的な絶対回転角θＡを演算する（ステップＳ１１）。具体的には、回転角演算装置２０は、Ｋ（Ｋ＞０）を所定のしきい値とすると、次式(15)に基づいて、最終的な絶対回転角θＡを演算する。
【００７４】
｜Ｖ１’｜≧Ｋのとき；
θＡ＝θＡＣ，
｜Ｖ２’｜≧Ｋのとき；
θＡ＝θＡＳ，
それ以外のとき；
θＡ＝（θＡＳ＋θＡＣ）／２．          …(15)
図８を参照して、振幅補正後の第１の出力信号Ｖ１’（＝Ａ・sinθＲ）の絶対値｜Ｖ１’｜がしきい値Ｋ以上である場合（｜Ｖ１’｜≧Ｋ）には、回転角演算装置２０は、第２の絶対回転角θＡＣを最終的な絶対回転角θＡとして決定する。この理由について説明する。図４Ａを用いて説明したように、振幅補正後の第１の出力信号Ｖ１’（＝Ａ・sinθＲ）から相対回転角θＲ（＝sin−１（Ｖ１’／Ａ））を求める場合、実際の相対回転角が２つの領域（Ｐ１またはＰ２，Ｑ１またはＱ２）のいずれの領域内の回転角であるか不明である。そこで、振幅補正後の第２の出力信号Ｖ２’（＝Ａ・cosθＲ）の極性に基づいて、実際の相対回転角が前記２つの領域のいずれの領域内の回転角であるかを判定している。振幅補正後の第１の出力信号Ｖ１’のピーク位置（極値）と振幅補正後の第２の出力信号Ｖ２’のゼロクロス位置とがずれていると、当該出力信号Ｖ１’の極値（ピーク値）付近においては、前記領域判定に誤差が発生するおそれがある。そこで、振幅補正後の第１の出力信号Ｖ１’がピーク値付近にある場合には、振幅補正後の第２の出力信号Ｖ２’に基づいて演算された第２の絶対回転角θＡＣを最終的な絶対回転角θＡとして決定している。
【００７５】
同様な理由により、振幅補正後の第２の出力信号Ｖ２’（＝Ａ・cosθＲ）の絶対値｜Ｖ２’｜がしきい値Ｋ以上である場合（｜Ｖ２’｜≧Ｋ）には、回転角演算装置２０は、第１の絶対回転角θＡＳを最終的な絶対回転角θＡとして決定する。そして、｜Ｖ１’｜＜Ｋでかつ｜Ｖ２’｜＜Ｋである場合には、回転角演算装置２０は、第１の絶対回転角θＡＳと第２の絶対回転角θＡＣとの平均値｛（θＡＳ＋θＡＣ）／２）｝を最終的な絶対回転角θＡとして決定する。
【００７６】
なお、｜Ｖ１’｜＜Ｋでかつ｜Ｖ２’｜＜Ｋである場合には、次式(16)に示すように、第１の絶対回転角θＡＳと第２の絶対回転角θＡＣのそれぞれに重み（gain，１−gain）を付け、それらを足し合わせた値を最終的な絶対回転角θＡとして決定してもよい。
θＡ＝θＡＳ×gain＋θＡＣ×（１−gain）    …(16)
｜Ｖ１’｜≧｜Ｖ２’｜のとき；
gain＝（Ｋ−｜Ｖ１’｜）／（Ｋ−｜Ｖ２’｜）／２，
｜Ｖ１’｜＜｜Ｖ２’｜のとき；
gain＝１−｛（Ｋ−｜Ｖ２’｜）／（Ｋ−｜Ｖ１’｜）／２｝．
また、｜Ｖ１’｜＜Ｋでかつ｜Ｖ２’｜＜Ｋである場合には、第１の絶対回転角θＡＳおよび第２の絶対回転角θＡＣのいずか一方を、最終的な絶対回転角θＡとして決定してもよい。
【００７７】
このようにして最終的な絶対回転角θＡが算出されると、回転角演算装置２０は電気角θＥを算出する（ステップＳ１２）。具体的には、第１の磁気センサ２１が感知している磁極対（Ｍ０，Ｍ１），（Ｍ２，Ｍ３），（Ｍ４，Ｍ５），（Ｍ６，Ｍ７），（Ｍ８，Ｍ９）の番号（１〜５）をｊとすると、回転角演算装置２０は、次式（17）に基づいて、電気角θＥを算出して、モータコントローラ３０に与える。
【００７８】
θＥ＝θＡ  −｛３６０×（ｊ−１）｝      …(17)
この後、回転角演算装置２０は、モータ制御が終了したか否かを判別する（ステップＳ１３）。モータ制御が終了していなければ（ステップＳ１３：ＮＯ）、ステップＳ１に戻る。モータ制御が終了していれば（ステップＳ１３：ＹＥＳ）、回転角演算装置２０は、制御終了処理を行なう（ステップＳ１４）。
【００７９】
図７は、制御終了処理の一例を示すフローチャートである。
制御終了処理においては、回転角演算装置２０は、今回のモータ制御期間中において、ブラシレスモータ１０が十分に回転したか否かを判定する（ステップＳ２１）。具体的には、回転角演算装置２０は、今回のモータ制御期間中におけるモータ１０の回転数が、所定回転数以上であるか否かを判定する。ブラシレスモータ１０が十分に回転したと判別された場合には（ステップＳ２１：ＹＥＳ）、振幅補正用テーブル（第１テーブルおよび第２テーブル）内の各極番号に対応するピーク値を、その極番号に対応するピーク値として最新に検出されたピーク値に更新する（ステップＳ２２）。そして、制御終了処理を終了する。
【００８０】
図９は、回転角演算装置２０による回転角演算処理の他の例を示すフローチャートである。図９の各ステップにおいて、図６のステップと同じ処理を行なうステップには、図６と同じステップ番号を付している。
ステップＳ８において、第１の絶対回転角θＡＳが演算されると、回転角演算装置２０は、sin（θＡＳ）を演算する（ステップＳ３１）。このsin（θＡＳ）は、第１の絶対回転角θＡＳに対応する信号Ｖ１’（＝Ａ・sinθＲ）の信号値Ａ・sin（θＡＳ）に応じた値である。そして、ステップＳ９に移行する。ステップＳ９では、第２の相対回転角θＲＣが演算され、ステップＳ１０では、第２の絶対回転角θＡＣが演算される。ステップＳ１０で第２の絶対回転角θＡＣが演算されると、回転角演算装置２０は、cos（θＡＣ）を演算する（ステップＳ３２）。このcos（θＡＣ）は、第２の絶対回転角θＡＣに対応する信号Ｖ２’（＝Ａ・cosθＲ）の信号値Ａ・cos（θＡＣ）に応じた値である。
【００８１】
そして、回転角演算装置２０は、ステップＳ３１で演算されたsin（θＡＳ）と、ステップＳ３２で演算されたcos（θＡＣ）とに基づいて、電気角θＥを演算する（ステップＳ１２Ａ）。具体的には、回転角演算装置２０は、次式(18)に基づいて、ブラシレスモータの電気角θＥを演算する。
θＥ＝tan−１｛sin（θＡＳ）／cos（θＡＳ）｝      …(18)
この後、回転角演算装置２０は、ステップＳ１３に移行する。
【００８２】
前述したように、振幅補正後の第１の出力信号Ｖ１’がピーク値付近にある場合には、第１の相対回転角θＲＳに誤差が発生するおそれがある。同様に、振幅補正後の第２の出力信号Ｖ２’がピーク値付近にある場合には、第２の相対回転角θＲＳに誤差が発生するおそれがある。そこで、振幅補正後の第１の出力信号Ｖ１’がピーク値付近にある場合には、第２の絶対回転角θＡＣに基づいてブラシレスモータの電気角θＥを演算し、振幅補正後の第２の出力信号Ｖ２’がピーク値付近にある場合には、第１の絶対回転角θＡＳに基づいてブラシレスモータの電気角θＥを演算するようにしてもよい。
【００８３】
第２の絶対回転角θＡＣに基づいて電気角θＥを演算する場合には、前記式(17)の右辺の絶対回転角θＡに第２の絶対回転角θＡＣを代入することによって、電気角θＥを求めることができる。また、第１の絶対回転角θＡＳに基づいて電気角θＥを演算する場合には、前記式(17)の右辺の絶対回転角θＡに第１の絶対回転角θＡＳを代入することによって、電気角θＥを求めることができる。
【００８４】
前記実施形態では、前記式(9),(10)または(11)に示すように、第１の相対回転角θＲＳと、予め測定された各磁極の角度幅Ｗ０〜Ｗ９と、第１の磁気センサ２１が感知している磁極の極番号ｍとに基づいて、検出用ロータ１の第１の絶対回転角θＡＳが演算される。これにより、検出用ロータ１に設けられた複数の磁極Ｍ０〜Ｍ９の角度幅にばらつきがある場合でも、第１の相対回転角θＲＳから正確な絶対回転角θＡＳを演算することができる。また、前記式(12),(13)または(14)に示すように、第２の相対回転角θＲＣと、予め測定された各磁極の角度幅Ｗ０〜Ｗ９と、第１の磁気センサ２１が感知している磁極の極番号ｍとに基づいて、検出用ロータ１の第２の絶対回転角θＡＣが演算される。これにより、検出用ロータ１に設けられた複数の磁極Ｍ０〜Ｍ９の角度幅にばらつきがある場合でも、第２の相対回転角θＲＣから正確な絶対回転角θＡＣを演算することができる。そして、前記式(15)〜(17)または前記式(18)に示すように、第１の絶対回転角θＡＳと第２の絶対回転角θＡＣとに基づいて、ブラシレスモータの電気角θＥが演算される。これにより、各磁極Ｍ０〜Ｍ９の角度幅にばらつきがあったとしても、ラシレスモータの電気角θＥを高精度に検出することができる。
【００８５】
この発明は、ブラシレスモータのロータ以外の回転体の回転角を検出する場合にも、適用することができる。
本発明の実施形態について詳細に説明したが、これらは本発明の技術的内容を明らかにするために用いられた具体例に過ぎず、本発明はこれらの具体例に限定して解釈されるべきではなく、本発明の範囲は添付の請求の範囲によってのみ限定される。
【００８６】
この出願は、２０１０年４月１６日に日本国特許庁に提出された特願２０１０−９５０８０号に対応しており、これらの出願の全開示はここに引用により組み込まれるものとする。
【符号の説明】
【００８７】
１…ロータ
２１，２２…磁気センサ
１０…ブラシレスモータ
Ｍ０〜Ｍ９…磁極
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【国際調査報告】
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